空氣動力控制用機電伺服系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及飛行器領域，具體而言，涉及一種空氣動力控制用機電伺服系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]對運載火箭及其有效載荷飛行器等的飛行控制執(zhí)行閉環(huán)系統(tǒng)一般統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)的典型應用之一就是驅(qū)動空氣舵面擺動，從而改變飛行器氣動外形產(chǎn)生氣動力矩，進而控制飛行器的姿態(tài)，如民用飛機的各種舵面就是利用伺服系統(tǒng)進行空氣動力控制的典型應用，利用氣動舵面的擺動可以控制飛機飛行的姿態(tài)。隨著科技的發(fā)展和航空航天應用需求的不斷提升，伺服系統(tǒng)在大氣層內(nèi)飛行的飛行器上應用也越來越多。
[0003]近年來，隨著機電伺服技術的飛速發(fā)展，同時機電伺服系統(tǒng)因其固有的組成與結(jié)構(gòu)簡單、使用及維護方便等顯著優(yōu)點，逐漸成為各種飛行器伺服系統(tǒng)主流應用產(chǎn)品。伺服系統(tǒng)為達到空氣動力控制的目的，一般包括一套動力執(zhí)行機構(gòu)，用于輸出伸縮動作，起到擺動舵面的作用(飛行器每個舵面對應一套執(zhí)行機構(gòu))；一套控制驅(qū)動設備，用于執(zhí)行閉環(huán)控制算法，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)輸出功率；一套可以在飛行器上使用的能源設備，為整個伺服系統(tǒng)提供初級能源。
[0004]更具體地，在飛行器上采用的機電伺服系統(tǒng)一般由以下幾個部分組成:機電作動器(包含伺服電機與傳動機構(gòu))、伺服控制器、伺服驅(qū)動器、伺服動力電源以及相應電纜網(wǎng)。其中伺服動力電源為整個機電伺服系統(tǒng)提供初級直流電能；伺服控制器用來接收控制指令信號，接收系統(tǒng)反饋狀態(tài)信息，運行閉環(huán)控制算法，生成功率驅(qū)動指令；伺服驅(qū)動器通過功率逆變電路，將伺服動力電源提供的直流電能逆變?yōu)槿嘟涣麟娔埽峁┙o伺服電機；而伺服電機作為整個系統(tǒng)的動力執(zhí)行元件，輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速功率運動，帶動機電傳動機構(gòu)做功，實現(xiàn)空氣動力控制；而電纜網(wǎng)負責將相關部分連接起來。
[0005]以上組成是機電伺服系統(tǒng)用于空氣動力控制的基本組成部分，隨著大氣層飛行器對各項性能要求的不斷提升，飛行器對重量與體積的要求極其苛刻，伺服系統(tǒng)如果能降低自身重量，則在相同飛行距離情況下則可以提高有效載荷質(zhì)量，或在有效載荷質(zhì)量不變的情況下增加飛行距離。因此，對伺服系統(tǒng)提出了更多更高的全新要求。若采用傳統(tǒng)的設計方式，整個伺服系統(tǒng)的體積與重量都無法滿足飛行器的安裝與使用要求，因此需要設計一種小型化、集成化、輕質(zhì)化機電伺服系統(tǒng)。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型旨在提供一種降低重量和體積的空氣動力控制用機電伺服系統(tǒng)。
[0007]本實用新型提供了一種空氣動力控制用機電伺服系統(tǒng)，包括四臺機電作動器、一臺主伺服控制驅(qū)動器、一臺從伺服控制驅(qū)動器以及提供電源的至少一臺伺服動力電源，其中，主伺服控制驅(qū)動器驅(qū)動控制四臺機電作動器中的兩臺，從伺服控制驅(qū)動器驅(qū)動控制四臺機電作動器中的另外兩臺。
[0008]進一步地，主伺服控制驅(qū)動器和從伺服控制驅(qū)動器包括相互連接并通信的CAN總線連接器；主伺服控制驅(qū)動器還包括1553B總線連接器。
[0009]進一步地，主伺服控制驅(qū)動器和從伺服控制驅(qū)動器的CAN總線連接器通過雙冗余CAN總線連接。
[0010]進一步地，每臺機電作動器包括動力電輸入連接器、電機轉(zhuǎn)子位置反饋電連接器和線位移反饋連接器。
[0011]進一步地，主伺服控制驅(qū)動器和從伺服控制驅(qū)動器均還包括三相交流動力電源連接器、直流電源輸入連接器和作動器反饋連接器；其中，三相交流動力電源連接器與機電作動器的動力電輸入連接器連接；直流電源輸入連接器與至少一臺伺服動力電源連接；作動器反饋連接器與機電作動器的電機轉(zhuǎn)子位置反饋電連接器和線位移反饋連接器連接。
[0012]進一步地，伺服動力電源為兩臺，且伺服動力電源采用熱電池。
[0013]本實用新型還提供了一種飛行器，包括四個控制舵，飛行器還包括上述機電伺服系統(tǒng)，機電伺服系統(tǒng)的四臺機電作動器一一對應驅(qū)動四個控制舵。
[0014]進一步地，每臺機電作動器包括伺服電機、與伺服電機配合的傳動機構(gòu)、與伺服電機定子固定連接的上支耳，以及與傳動機構(gòu)輸出軸連接的下支耳；控制舵具有舵軸以及與舵軸固定連接的搖臂，上支耳與飛行器的傳動支架鉸接，下支耳與搖臂鉸接以驅(qū)動控制舵擺動。
[0015]進一步地，飛行器呈圓柱型，四個控制舵沿圓周截面均勻分布，四臺機電作動器與四個控制舵對應均勻分布。
[0016]進一步地，主伺服控制驅(qū)動器、從伺服控制驅(qū)動器和至少一臺伺服動力電源通過支架固定在飛行器的內(nèi)艙壁上。
[0017]根據(jù)本實用新型的機電伺服系統(tǒng)及飛行器，主伺服控制驅(qū)動器和從伺服控制驅(qū)動器分別控制兩臺機電作動器，相比現(xiàn)有技術，能夠有效減少整個機電伺服系統(tǒng)的電子設備數(shù)量，從而提高設備集成度，有效地減小總體積，也降低了總重量。
【附圖說明】
[0018]構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0019]圖1是根據(jù)本實用新型的空氣動力控制用機電伺服系統(tǒng)的連接示意圖；
[0020]圖2是根據(jù)本實用新型的空氣動力控制用機電伺服系統(tǒng)的主伺服控制驅(qū)動器和從伺服控制驅(qū)動器連接關系示意圖；
[0021]圖3是根據(jù)本實用新型的空氣動力控制用機電伺服系統(tǒng)的在飛行器控制艙內(nèi)的布局不意圖；
[0022]圖4是根據(jù)本實用新型的機電作動器原理示意圖；
[0023]圖5是根據(jù)本實用新型的機電作動器實現(xiàn)與控制舵的裝配示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本實用新型。
[0025]如圖1至4所示，根據(jù)本實用新型的空氣動力控制用機電伺服系統(tǒng)，包括四臺機電作動器10 (圖1中第一機電作動器11、第二機電作動器13、第三機電作動器13和第四機電作動器14)、一臺主伺服控制驅(qū)動器20、一臺從伺服控制驅(qū)動器30以及提供電源的至少一臺伺服動力電源40，其中，主伺服控制驅(qū)動器20驅(qū)動控制四臺機電作動器10中的兩臺，從伺服控制驅(qū)動器30驅(qū)動控制四臺機電作動器10中的另外兩臺。本實用新型通過主伺服控制驅(qū)動器20和從伺服控制驅(qū)動器30分別控制兩臺機電作動器10，相比現(xiàn)有技術，能夠有效減少整個機電伺服系統(tǒng)的電子設備數(shù)量，從而提高設備集成度，有效地減小總體積，也降低了總重量。
[0026]具體地，結(jié)合圖1所示的各部件連接關系可知，每個機電作動器10包含三個電氣連接器，分別是動力電輸入連接器、電機轉(zhuǎn)子位置反饋電連接器和線位移反饋連接器。主伺服控制驅(qū)動器20含有六個電連接器，分別是一個1553B總線連接器、一個CAN總線連接器、兩個三相交流動力電源連接器、一個直流電源輸入連接器和一個作動器反饋連接器。更具體地，1553B總線連接器用于與飛行器中央控制系統(tǒng)連接；CAN總線連接器用于與從伺服控制驅(qū)動器30通信，兩個三相交流動力電源連接器分別與兩臺機電作動器10的動力電輸入連接器連接；直流電源輸入連接器與至少一臺伺服動力電源40連接；作動器反饋連接器與機電作動器10的電機轉(zhuǎn)子位置反饋電連接器和線位移反饋連接器連接。
[0027]從伺服控制驅(qū)動器30相比主伺服控制驅(qū)動器20，僅僅缺少1553B總線連接器，其他與主伺服控制驅(qū)動器20相同，即也包括一個CAN總線連接器、兩個三相交流動力電源連接器、一個直流電源輸入連接器和一個作動器反饋連接器。
[0028]結(jié)合圖1和圖2所示，本實用新型的空氣動力控制用機電伺服系統(tǒng)，采用主伺服控制驅(qū)動器20與從伺服控制驅(qū)動器30相結(jié)合，每臺伺服控制驅(qū)動器驅(qū)動2臺機電作動器，4臺機電作動器根據(jù)各自指令相互獨立，配合擺動共同完成空氣動力控制的技術方案。如圖2所示，主伺服控制驅(qū)動器20與從伺服控制驅(qū)動器30通過雙冗余CAN總線完成數(shù)字通信，CAN總線A與CAN總線B相互獨立，實現(xiàn)物理雙冗余設計。主、從伺服控制驅(qū)動器的一大特點是各自有一塊DSP數(shù)字處理器，但各自有2套控制功能電路，分別為I通道外圍電路與11通道外圍電路，可以實現(xiàn)對2臺機電作動器的狀態(tài)信息采集、處理與控制；各自有2套功能獨立的功率驅(qū)動，分別為I通道功率驅(qū)動核心電路和II通道功率驅(qū)動核心電路，實現(xiàn)對兩臺伺服電機的驅(qū)動。這一設計的核心是將實現(xiàn)兩臺機電作動器控制驅(qū)動的電子設備集成到了一個設備內(nèi)